某110kV变电所电气一次系统毕业设计.doc

某110/35/10kV变电所电气一次系统毕业设计1 绪论1.1 课题背景与意义在高速发展的现代社会中，电力工业是国民经济的基础，在国民经济中的作用已为人所共知。它不仅全面地影响国民经济其他部门的发展，同时也极大地影响人民的物质和文化生活水平的提高，影响整个社会的进步。变电站是电力系统一个重要的环节，是电力网中线路的连接点，其作用是变换电压、汇集、分配电能。变电站能否正常运行关系到电力系统的稳定和安全问题。而电网的稳定性、可靠性和持续性往往取决于变电站的合理设计和配置。目前，我国城市电力网和农村电力网正进行大规模的改造，与此相应，城乡变电所也正不断的更新换代。我国电力网目前的情况是常规变电所依然存在，小型变电所，微机监测变电所，综合自动化变电所相继出现，并得到迅速的发展。然而，所有的变化发展都是根据变电设计的基本原理而来，因此对于变电设计基本原理的掌握是创新的根本。本毕业设计的内容为110/35/10kV变电所电气一次系统设计，并根据变电所设计的基本原理，掌握常规变电所的电气一次系统的原理及设计过程。1.2 电气工程设计的阶段、要求和依据1.2.1 电气工程设计的阶段电气工程设计是电力工程建设的关键环节，它对工程建设的工期、质量、投资和投产后运行安全可靠性和生产的综合经济效益，往往起着决定性的作用。电气工程设计可分为三个阶段：（1）前期工作阶段。编写可行性研究报告，明确建设目的、依据、规模、条件，提出设计原则方案，进行综合技术经济分析和方案比较，提出环境影响报告、投资估算和建设进度等。（2）设计阶段。初步设计。完成初步设计说明书和有关图纸，确定设计原则和建设标准，进行设计方案的比较选择和确定，编制主要设备材料清册，确定总概算，进行施工准备。施工图设计。完成说明书、各项图纸和设备及主要材料清册，作为订货、施工、运行和工程结算的依据。（3）施工运行阶段。解释设计文件，及时解决施工中设计方面出现的问题。1.2.2 电气工程设计的要求由于本设计仅相当于实际工程设计中的初步设计，以下只对初步设计的要求予以说明。（1）设计内容初步设计文件应包括:总体、系统、总布置和交通运输、机务、电气、土建、水工、环境保护、运行组织、概算、主要设备材料清册等。（2）设计深度的要求初步设计深度应满足以下要求:进行设计方案的比较选择和确定，主要设备材料订货;土地征用;基建投资的控制，施工图设计的编制;施工组织设计的编制，施工准备和生产准备等。（3）对设计文件的基本要求没有批准的计划任务书和批准的工程选站报告以及完整的设计基础资料，不能提供初步设计文件。设计文件表达设计意图充分，采用的建设标准适当，技术先进可靠，指标先进合理，专业间相互协调、分期建设与发展处理得当。重大设计原则应经多方案比软选择，提出推荐方案供审批选择。积极稳妥地采用成熟的新技术，力争比以往同类型工程在水平上有所提高。设计文件中应阐明其技术优越性、经济合理性和采用可熊性。设计概算应准确地反映设计内容及深度，满足控制投资、计划安排及拨款的要求。设计文件内容完整、正确，文字简练，图面清晰，签署齐全。1.2.3 电气工程设计的依据(1)设计依据性文件国家电网公司关于印发的通知（国家电网基建2Q05 50I号）；国家电网公司关于印发5000h，经济电流密度jec=0.9A/ ，则导线的经济截面积为初选LGJ-400型钢芯铝绞线。 校验发热条件 LGJ-400型钢芯铝绞线的允许载流量为满足发热条件。(3) 校验机械强度 35kV及以上钢芯铝绞线最小允许截面积为25,所以满足机械强度要求9。(4) 校验热稳定度 满足热稳定度的最小允许截面积为实际选用的母线截面积400mm 105.36mm ，所以热稳定度满足要求。5.3.1.2 110kV出线的选择 110kV出线的最大持续工作电流为 设年最大负荷利用小时Tmax5000h，经济电流密度jec=0.9A/ ，则导线的经济截面积为初选LGJ-120型钢芯铝绞线。 校验发热条件 LGJ-120型钢芯铝绞线的允许载流量为满足发热条件。(3) 校验机械强度 35kV及以上钢芯铝绞线最小允许截面积为25,所以满足机械强度要求9。(4) 校验热稳定度 满足热稳定度的最小允许截面积为实际选用的母线截面积120mm 110.94mm ，所以热稳定度满足要求。(5)按电压损失校验满足电压损失的要求。5.3.2 35kV导线选择5.3.2.1 35kV母线的选择（1）按发热条件选择截面 35kV母线的最大持续工作电流为选40mm5mm平放铝母线，允许载流量故35kV汇流母线选用40mm5mm平放铝母线。（2）热稳定校验 满足热稳定度的最小允许截面积为实际选用的母线截面积 ,所以热稳定度满足要求。（3）动稳定校验 导体所受电动力：母线所受的最大弯矩为：截面系数：母线最大计算应力：小于铝母线的允许应力（），故满足动稳定校验。5.3.2.2 35kV出线的选择（1）按经济电流密度选择导线截面积。典型回路。线路最大持续工作电流为:设年最大负荷利用小时Tmax5000h，经济电流密度，导线的经济截面积为： 选LGJ-95型钢芯铝绞线。（2）按发热条件校验 LGJ-95型钢芯铝绞线的允许载流量为 因此满足发热条件。（3）校验机械强度 35kV以上钢芯铝绞线最小允许截面积为25mm ，因此LGJ-95满足机械强度要求。（4）热稳定度校验 满足热稳定度的最小允许截面积为实际选用的导线截面积95mm 53.36mm ，热稳定度满足要求。5.3.3 10kV导线选择5.3.3.1 10kV母线的选择（1）按发热条件选择截面 10kV母线的最大持续工作电流为选128mm8mm竖放铝母线，允许载流量故10kV汇流母线选用128mm8mm竖放铝母线。（2）热稳定校验 满足热稳定度的最小允许截面积为实际选用的母线截面积,所以热稳定度满足要求。（3）动稳定校验 导体所受电动力：母线所受的最大弯矩为：截面系数：母线最大计算应力：小于铝母线的允许应力（），故满足动稳定校验。5.3.3.2 10kV出线的选择10kV典型回路，10kV母线的最大持续工作电流为选择的电缆，。热阻系数，此时土壤热阻校正系数为0.87，将其额定电流折算到热阻系数时的额定电流即,温度校正系数为，热阻系数时的土壤热阻校正系数，直埋两根并列敷设系数。满足长期发热要求。按允许电压校验 电压损失满足要求。6 电气配电装置设计变电站的电气配电装置设计是对电力系统中的一次设备和二次设备进行布置，确定各个装置的安装位置。电气设备有装配式、成套式等，安装地点有屋内式、屋外式。这些都得按照地理条件和环境情况，并结合运行，检修和安装要求和经济条件进行选择。在电气配电装置设计中，主要是对母线、构架、电力变压器、断路器、隔离开关、避雷器、避雷针等电气设备进行设计布置，另外还要对电缆沟、道路、10kV和35kV的配电装置室、继电器室和其他建筑物进行设计。本设计的110kV配电装置布置在站区的北面，生活综合室（包括10kV配电室、继电器室）布置在南面，35kV配电室布置在东面，主变压器布置在110kV配电装置和生产综合室之间，进站大门在变电站西侧。屋内、外配电装置分别在变压器的三侧，分区明确。主变压器布置在变电所中部，靠近进站道路。110kV线路及变压器侧采用架空进出线，35kV出线采用架空线，10kV线路及电容器采用电缆出线。110kV配电装置采用屋外软母线中型布置，进、出线均采用架空线。它具有占地面积小，布置清晰，运行、维护方便，构架少等优点。35kV配电装置布置在独立的35kV配电室，采用手车式开关柜，单列布置。开关柜占地面积少，配真空断路器，少维护、无污染。10kV配电装置采用户内高压开关柜单列布置，采用电缆出线。 具体的配电装置布置见附录平面布置图。7 防雷与过电压7.1 概述电力系统在运行中由于雷击、误操作、故障、谐振等原因引起的电气设备电压高于其额定工作电压的现象称为过电压。过电压按其产生的原因不同，可分为外部过电压和内部过电压。外部过电压又称雷电过电压或大气过电压。内部过电压包括工频过电压、操作过电压和谐振过电压。雷电过电压的基本形式为直击雷、感应雷、雷电冲击波和球状雷。直击雷的后果是非常严重的，对于直击雷的防护措施通常是装设避雷针、避雷线、避雷带和避雷网，它们统称为避雷装置。7.2 避雷针的保护范围避雷针的保护范围根据电力设备过电压保护设计规程的规定中的折线法进行计算。在本设计中采用三根35m避雷针，以下计算均以被保护高度10m为计算数值，具体的保护范围图见附录防雷保护图。7.2.1 单支避雷针的保护范围（1）避雷针在地面上的保护半径应按下式计算：式中 保护半径，m； 避雷针的高度，m。30m的避雷针的保护半径（2）在被保护物高度 hx水平面上的保护半径应按下式确定：当时，式中 避雷针在高度水平面上的保护半径，m；被保护物的高度，m； 高度影响系数，；，以下各式中值均同此。当时，35m的避雷针在高度10m水平面上的保护半径图7-1 单支避雷针的保护范围7.2.2 两支等高避雷针的保护范围图7-2 高度为h的两等高避雷针1及2的保护范围（1）两针外侧的保护范围应按单支避雷针的计算方法确定。（2）两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定，圆弧的半径为R0。O点为假想避雷针的顶点，其高度应按下式计算：式中 两针间保护范围上部边缘最低点的高度，m；D两避雷针间的距离，m。两针间水平面上保护范围的一侧最小宽度应按下式计算：式中 保护范围的一侧最小宽度(m)；当时，。求得后，可按图7-2绘出两针间的保护范围。两针间距离与针高之比Dh不宜大于5。8 继电保护与自动装置8.1 概述在变电所中，主要的自动装置有继电保护设备、控制系统、直流系统、远动和通信系统等。简单的说，继电保护设备的基本作用就是自动、迅速、有选择性将系统中的故障切除，或在系统出现不正常运行情况时，发出各种信号，提醒运行人员及时处理。 控制设备则是帮助运行人员远方合闸、分闸等，方便、安全。电气控制设备一般包括控制屏或者说测控屏，后台机，汇控箱等。测控屏上有断路器和刀闸的一次接线状态图，以及断路器的分闸、合闸按钮，还有同期开关，可以在上面分合断路器。后台机有全站的一次接线图，可以对开关刀闸进行遥控，并可以查看各元件的工作状况。汇控箱在设备现场实现对断路器、刀闸的控制。 8.2 变压器的继电保护变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。同时大容量的电力变压器也是十分贵重的元器件，所以，必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能的良好，工作可靠的继电保护装置。变压器的故障可分为油箱内部的故障和油箱外部的故障，油箱内部故障包括相间短路，绕组的匝数短路和单相接地短路，外部故障包括引线及套管处会产生各相间短路和接地故障。变压器的不正常工作状态主要是由外部短路或过负荷引起的过电流油面降低和过励磁等。 对于上述故障和不正当工作状态，根据DL400-91继电器保护和安全起动装置技术规程的规定，变压器应装设以下保护：（1）瓦斯保护：为了反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低，对0.8MVA及以上油浸式变压器和户内0.4MVA以上变压器应装置设瓦斯保护。（2）纵差动保护或电流速断保护为了反应变压器绕组和引出线的相间短路以及中性点直接接地电网侧绕组和引线的接地短路及绕组匝间短路，